10 esimerkkiä sähkömagneettisesta induktiosta EMF-induktiokysymykset
1. Generaattorissa on käämi, jonka kierrosten lukumäärä on N ja poikkileikkauspinta-ala A. Käämi on magneettikentässä B ja sitä pyöritetään kulmanopeudella ω siten, että syntyy suurin indusoitu sähkömagneettinen kenttä (SMV) 50 volttia. Jos magneettikenttä muuttuu puoleen alkuperäisestä arvostaan ja sen kulmanopeus muuttuu neljä kertaa alkuperäiseen arvoonsa nähden, niin suurin indusoitu sähkömagneettinen kenttä on...
A. 25 volttia
B. 50 volttia
C. 100 volttia
D. 200 volttia
E. 250 volttia
Keskustelu
Tiedetään, että:
Kierrosten lukumäärä 1 (N 1 ) = N
Poikkileikkauspinta-ala 1 ( A1 ) = A
Magneettikenttä 1 (B1 ) = B
Kulmanopeus 1 (ω 1 ) = ω
Suurin indusoitu EMF 1 (ε1 ) = 50 volttia
Magneettikenttä 2 (B2 ) = 0,5B = 0,5(1) = 0,5
Kulmanopeus 2 (ω 2 ) = 4ω = 4(1) = 4
Kysymys: Suurin indusoitu sähkömagneettinen kenttä on 2 ( ε² )
Vastaus:
Suurimman indusoidun EMF:n yhtälö:
εmax = NBA ω
Tietoja:
ε max = suurin indusoitu sähkömagneettinen voima, N = kierrosten lukumäärä, B = magneettikenttä, A = poikkileikkauspinta-ala, ω = kulmanopeus
Suurin indusoitu EMF 1 (ε 1 ):
εmax = NBA ω
Jos ω = 1 ja B = 1, niin
50 = Ei (1) A (1)
50 = Ei sovelleta
Suurin indusoitu EMF 2 (ε 2 ):
εmax = NBA ω
NA = 50, B = 0,5, ω = 4
εmax = (50)(0,5)(4)
εmax = 100
Oikea vastaus on C.
2. Jotta generaattorin tuottama suurin sähkömagneettinen kenttä (EMF) olisi puolet alkuperäisestä, alla olevan lauseen perusteella muutettava määrä on...
A. Kulmanopeus ja kierrosten määrä kaksinkertaistuvat
B. Magneettinen induktio ja sen taajuus kaksinkertaistuvat.
C. Poikkileikkausala kaksinkertaistuu ja periodi kaksinkertaistuu
D. Kierrosten lukumäärä ja jakso tehdään neljä kertaa alkuperäiseen verrattuna.
E. Taajuus ja jakso kaksinkertaistuvat.
Keskustelu
Suurimman indusoidun EMF:n yhtälö:
εmax = NBA ω
Tietoja:
ε max = suurin indusoitu sähkömagneettinen voima, N = kierrosten lukumäärä, B = magneettikenttä, A = poikkileikkauspinta-ala, ω = kulmanopeus
Jos N = 1, B = 1, A = 1, ω = 1, niin ε max = NBA ω = (1) (1) (1) (1) = 1
A. Kulmanopeus (ω) ja kierrosten lukumäärä (N) kaksinkertaistuvat
εmax = NBA ω
εmax = (2)(1)(1)(2)
εmax = 4
B. Magneettinen induktio (B) ja sen taajuus (f) kaksinkertaistuvat.
Kulmanopeuden (ω) kaava = 2πf. Taajuus on suoraan verrannollinen , joten jos taajuus (f) kaksinkertaistuu, kulmanopeus (ω) kaksinkertaistuu.
εmax = NBA ω
εmax = (1)(2)(1)(2)
εmax = 4
C. Poikkileikkauspinta-ala (A) kaksinkertaistuu ja jakso on neljä kertaa alkuperäinen
Kulmanopeuden (ω) kaava = 2πf = 2π/T. Jakso on kääntäen verrannollinen, joten jos jakso on neljä kertaa alkuperäinen, niin kulmanopeus on neljäsosa alkuperäinen.
εmax = NBA ω
εmax = (1)(1)(2)(1/4) = 2/4
εmax = 1/2
D. Kierrosten lukumäärä (N) ja jakso (T) kasvatetaan 4-kertaiseksi
Kulmanopeuden (ω) kaava = 2πf = 2π/T. Jakso on kääntäen verrannollinen, joten jos jakso on neljä kertaa alkuperäinen, niin kulmanopeus on neljäsosa alkuperäinen.
εmax = NBA ω
εmax = (4)(1)(1)(1/4) = 4/4
εmax = 1
E. Taajuus (f) ja periodi (T) kaksinkertaistuvat.
Taajuus on suoraan verrannollinen , joten jos taajuus (f) kaksinkertaistuu, kulmanopeus (ω) kaksinkertaistuu. Jakso on kääntäen verrannollinen, joten jos jakso kaksinkertaistuu, kulmanopeudesta tulee puolet alkuperäisestä. Lopputuloksena kulmanopeus on vakio.
εmax = NBA ω
εmax = (1)(1)(1)(1)
εmax = 1
Oikea vastaus on C.
3. 1 000 kierroksen kelan magneettivuo kasvaa 0,03 Wb:stä 0,04 Wb:iin 0,2 sekunnissa, joten indusoitu sähkömagneettinen kenttä (SMF) on E1 . Jos saman kelan magneettivuo muuttuu 0,02 Wb:stä 0,04 Wb:iin 0,1 sekunnissa, indusoitu sähkömagneettinen kenttä on E2 . E1:n ja E2: n suhde on …
A. 1:1
B. 1:2
C. 1:4
2. päivä: 1
E. 4:1
Keskustelu
Tiedetään, että:
Kierrosten lukumäärä (N) = 1000
Vuon muutos 1 ( Δφ1 ) = 0,04 Wb – 0,03 Wb = 0,01 Wb
Aikaväli 1 (Δt1 ) = 0,2 sekuntia
Indusoitu sähkömagneettinen kenttä 1 = E 1
Vuon muutos 2 ( Δφ1 ) = 0,04 Wb – 0,02 Wb = 0,02 Wb
Aikaväli 2 (Δt2 ) = 0,1 sekuntia
Indusoitu sähkömagneettinen kenttä 2 = E 2
Kysytty : E1 : E2
Vastaus:
E1 :n ja E2 : n vertailu :
E1 : E2
50: 200
1: 4
Oikea vastaus on C.
4. Käämi lävistää homogeenisen magneettikentän kohtisuoraan aiheuttaen indusoidun sähkömagneettisen voiman. Jos käämi korvataan toisella käämillä, jossa on kaksinkertainen määrä kierroksia alkuperäiseen verrattuna, ja vuon muutosnopeus pysyy vakiona, niin alkuperäisen ja lopullisen indusoidun sähkömagneettisen voiman suhde on...
A. 1:1
B. 1:2
C. 2:1
3. päivä: 1
E. 3:2
Keskustelu
Se tiedetään :
Alkuperäinen kierrosten lukumäärä (N) = 1
Lopullinen kierrosten lukumäärä (N) = 2
Alkuperäinen vuonmuutosnopeus (ΔØ)B / Δt) = lopullinen vuonmuutosnopeus (ΔØB /Δt)
Kysytty Alkuperäisen ja lopullisen indusoidun sähkömagneettisen kentän vertailu
Jawab :
Faradayn induktiolain kaava :
E = -N (ΔØB /Δt)
Kuvaus: E = indusoitu emf, N = kierrosten lukumäärä, ΔØB / Δt = vuon muutosnopeus
Alkuperäisen ja lopullisen indusoidun sähkömagneettisen kentän vertailu :
E-alku: E-loppu
-N (ΔØB / Δt): -N (ΔØB /Δt)
1: 2
Oikea vastaus on B.
5. Alkuehtotilanteessa (1) magneettivuo muuttuu 5 Wb 2 sekunnissa 20 kierroksen kelassa. Ehdossa (2) sama vuon muutos kestää 8 sekuntia. Indusoitujen sähkömagneettisten voimien suhde olosuhteissa (1) ja (2) on…
A. 1:1
B. 2:1
C. 3:1
4. päivä: 1
E. 4:3
Keskustelu
Se tiedetään :
Vuon muutosnopeus (ΔØ)B / Δt) alkuarvo = 5/2
Vuon muutosnopeus (ΔØ)B / Δt) loppu = 5/8
Kierrosten lukumäärä (N) = 20
Kysytty Alkuperäisen ja lopullisen indusoidun sähkömagneettisen kentän vertailu
Jawab :
E-alku: E-loppu
-N (ΔØB / Δt): -N (ΔØB /Δt)
20 (5/2): 20 (5/8)
5/2: 5/8
24.12.: 36.12.
4: 1
Oikea vastaus on D.
6. Ensimmäisen kelan magneettivuo on 200 kierrosta pitkä ja muuttuu 0,06 Wb 0,4 sekunnissa. Toisessa kelassa magneettivuo muuttuu 0,08 Wb 0,2 sekunnissa. Jos toisen kelan kierrosten lukumäärä korvataan puolella ensimmäisen kelan kierrosten lukumäärästä, niin ensimmäisen ja toisen kelan indusoituneen smvv:n suhde on...
A. 2:3
B. 3:1
C. 3:4
3. päivä: 5
E. 3:8
Keskustelu
Se tiedetään :
Vuon muutosnopeus (ΔØ)B / Δt) alkuarvo = 0,06/0,4
Alkuperäinen kierrosten lukumäärä (N) = 200
Vuon muutosnopeus (ΔØ)B / Δt) loppu = 0,08/0,2
Lopullinen kierrosten lukumäärä (N) = 100
Kysytty Alkuperäisen ja lopullisen indusoidun sähkömagneettisen kentän vertailu
Jawab :
E-alku: E-loppu
-N (ΔØB / Δt): -N (ΔØB /Δt)
200 (0,06/0,4): 100 (0,08/0,2)
2 (0,15): 1 (0,4)
0,3: 0,4
3: 4
7. Seuraavien tekijöiden joukossa:
(1) Käämin kierrosten lukumäärä
(2) Magneettivuon muutosnopeus
(3) Magneettikentän suunta
Indusoitunutta sähkömagneettista kenttää lisää…
A. (1), (2) ja (3)
B. Vain kohdat (1) ja (2)
C. Vain kohdat (1) ja (3)
Vain D. (1)
Vain E. (2)
Keskustelu
EMF on lyhenne sanoista sähkömotorinen voima. Toisin sanoen, EMF on sähkövirran lähde, kuten akku jne. Faradayn tekemien kokeiden perusteella havaittiin, että vaikka vakio magneettikenttä ei voi tuottaa sähkövirtaa, muuttuva magneettikenttä voi tuottaa sähkövirran. Tätä syntyvää sähkövirtaa kutsutaan indusoituneeksi virraksi.
Indusoituun sähkömagneettiseen kenttiin vaikuttavat tekijät voidaan määrittää Faradayn induktiolain avulla, joka ilmaistaan matemaattisesti kaavalla:
Yllä olevan kaavan negatiivinen merkki selittää, että indusoidun virran tuottaman magneettikentän suunta on aina vastakkainen indusoidun virran tuottavan magneettikentän suuntaan nähden.
Tietoja:
N = käämin kierrosten lukumäärä, B = magneettikenttä, A = silmukan pinta-ala, θ = magneettikentän (B) ja käämin pintaan kohtisuoran viivan (A) välinen kulma.
Jos B on kohtisuorassa kelan pintaan nähden, niin θ = 0 ⋅, joten Φ B = BA cos 0 ⋅ = BA (1) = B A.
Jos B on yhdensuuntainen kelan pinnan kanssa, niin θ = 90 ° , joten Φ B = BA cos 9 0 ° = BA (0) = 0.
Yllä olevan kaavan perusteella voidaan päätellä, että indusoitua sähkömagneettista kenttävoimaa lisäävät käämikierrosten lukumäärä (N), magneettivuon muutosnopeus ja magneettikentän suunta (θ ).
Oikea vastaus on A.
8. Seuraavien tekijöiden joukossa:
(1) käämikierrosten lukumäärä
(2) magneettivuon muutosnopeus
(3) ulkoiset esteet
Käämin indusoituun sähkömagneettiseen kenttiin vaikuttaa….
A. (1) ja (3)
B. (1) ja (2)
Vain C. (2)
D. (2) ja (3)
Vain E. (3)
Keskustelu
Oikea vastaus on B.
9. Katso seuraavaa kuvaa! Jos sähkövirta I kulkee johtimen AB läpi, niin johtimeen AB kohdistuvan magneettisen voiman suunta on...
A. Kohti B:tä
B. Vasemmalle
C. Oikealle
D. Kohtisuorassa paperin tasoon nähden
E. Kohtisuorassa paperin tasoon nähden
Keskustelu
Se tiedetään :
Sähkövirran suunta = A:sta B:hen (alaspäin)
Magneettikentän suunta = magneetin pohjoisnavasta etelänapaan (oikealle)
Kysytty Magneettisen voiman suunta
Jawab :
Oikean käden sääntö
Ojenna oikea kätesi, suorista peukalo ja sulje neljä muuta sormea yhteen. Järjestä neljä sormea siten, että ne osoittavat magneettikentän suuntaan (B). dan Peukalo osoittaa varauksen liikesuunnan (v). Jos sähkövaraus on positiivinen, oikean käden kämmen on magneettisen voiman (F) suuntaan. Jos varaus on negatiivinen, oikean käden selkäpuoli on magneettisen voiman (F) suuntaan.
Tavanomaisen sähkövirran suunta, kuten yllä olevassa tehtävässä, on sama kuin positiivisen sähkövarauksen suunta. Oikean käden säännön mukaisesti magneettisen voiman suunta on kohtisuorassa paperin tasoon nähden eli lukijan silmään päin.
Oikea vastaus on E.
10. Virtaa I kuljettava suora johdin on sijoitettu kahden magneettinavan väliin kuvan osoittamalla tavalla. Johtoon kohdistuvan magneettisen voiman suunta on sama kuin...
A. Positiivinen z-akseli
B. Negatiivinen z-akseli
C. Positiivinen y-akseli
D. Negatiivinen y-akseli
E. Positiivinen x-akseli
Keskustelu
Se tiedetään :
Sähkövirran suunta = vasemmalle
Magneettikentän suunta = pohjoisesta etelään (ylös)
Kysytty Magneettisen voiman suunta
Jawab :
Jos oikean käden sääntöä sovelletaan, magneettisen voiman suunta on kohtisuorassa paperin tasoon nähden tai poispäin lukijan silmästä tai negatiivisen z-akselin suuntaan.
Oikea vastaus on B.
Kysymyksen lähde:
Fysiikan kansalliset tenttikysymykset lukiolle/ammatilliseen lukioon
